Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Bản vẽ thiết bị đo lường (Mã môn học: TĐH19MH06) được biên soạn bởi ThS. Phạm Thị Thu Hường (Chủ biên) và kỹ sư Ngô Trí Tùng cùng tập thể giảng viên Tiểu ban môn Tự động hóa, ban hành theo Quyết định số 198/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Giáo trình được thiết kế cho chương trình đào tạo nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp, với thời lượng 45 giờ học (42 giờ lý thuyết, 03 giờ kiểm tra, tương đương 03 tín chỉ).

Trong cấu trúc chương trình đào tạo chuyên môn ngành, môn học này được bố trí giảng dạy sau các mô-đun Điện tử cơ bản (TĐH19MĐ02), Đo lường điện (KTĐ19MĐ08), Kỹ thuật số (TĐH19MĐ04), Thiết bị đo lường (TĐH19MH05) và học trước môn Hiệu chuẩn thiết bị đo lường (TĐH19MĐ07). Đây là học phần cơ sở chuyên ngành bắt buộc nhằm cung cấp nền tảng để người học tiếp tục tiếp cận các mô-đun nâng cao như Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ10), Lắp đặt hệ thống TĐH (TĐH19MĐ08, TĐH19MĐ09) và Hệ thống điều khiển phân tán - DCS (TĐH19MĐ17).

Mục tiêu học tập của giáo trình xác định theo các chuẩn đầu ra cụ thể:

  • Chuẩn A1: Nhận biết và mô tả được các loại bản vẽ kỹ thuật trong công tác đo lường tự động hóa.
  • Chuẩn A2: Nhận biết và thuyết minh được hệ thống biểu tượng, ký hiệu thiết bị và đường liên kết tín hiệu.
  • Chuẩn A3: Diễn giải được các thành phần tiêu chuẩn, bao gồm hệ thống chữ số và quy ước ghi nhãn trên bản vẽ.
  • Chuẩn A4: Diễn giải được bản vẽ điện, bản vẽ vòng điều khiển và bản vẽ lắp đặt thiết bị đo lường.
  • Chuẩn C1: Rèn luyện năng lực tự chủ, tính cẩn thận, tỉ mỉ và trách nhiệm nghề nghiệp.

Giáo trình tiếp cận kiến thức từ việc phân loại tài liệu thiết kế tổng quát đến giải mã chi tiết các thành phần ký hiệu chuẩn hóa quốc tế (ISA, ANSI), gắn liền với hồ sơ kỹ thuật thực tế tại các nhà máy công nghiệp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             GIÁO TRÌNH BẢN VẼ THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG
                                    (Mã môn: TĐH19MH06)
[Tài liệu & Bản vẽ]      [Ký hiệu & Tag No]             [Tiêu chuẩn ISA/ANSI]           [Sơ đồ điện & Mạch]
- Bảng Instrument Index  - Biểu tượng ISA               - Bảng ký hiệu 2-1 -> 2-5       - Sơ đồ 1 dây, 3 dây
- General Specifications - Đường liên kết               - Hệ thống đánh số bản vẽ       - Sơ đồ nối dây điểm-điểm
- Installation Details   - Cấu trúc Tag Number          - Bảng dữ liệu Data Sheet       - Bản vẽ Loop Sheets
- Location Drawings      - Phân tích vòng lặp           - Chú thích sơ đồ P&ID          - Bản vẽ PFD & Logic

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình được cấu trúc thành 02 chương với sự phân bổ logic từ tổng quan hồ sơ kỹ thuật đến chi tiết các phần tử cấu thành bản vẽ:

  • Chương 1: Các loại bản vẽ thiết bị đo lường (21 giờ: 20 giờ lý thuyết, 01 giờ kiểm tra)

    • Bảng danh mục thiết bị (Instrument Index): Định nghĩa cấu trúc bảng quản lý thiết bị; giải thích ý nghĩa các cột dữ liệu bao gồm số thẻ thiết bị (Tag No), chức năng (Service), vị trí lắp đặt (Location), nhà sản xuất (MFR), số hiệu bảng thông số kỹ thuật (Spec Sheet No), số hiệu sơ đồ P&ID, số hiệu bản vẽ mạch liên kết (Loop Sheet Dwg No), số hiệu bản vẽ bố trí (Location Dwg No), số hiệu bản vẽ chi tiết lắp đặt (Inst Detail Dwg No), bản vẽ đường ống (Piping Dwg No), bản vẽ điện (Elect Dwg No) và bản vẽ nhà thầu (Vendor Dwg No).
    • Thông số kỹ thuật chung của thiết bị (General Specifications): Các tiêu chuẩn công trình, yêu cầu cấp nguồn, tiếp địa, chống cháy nổ tại các khu vực nguy hiểm, tiêu chuẩn ren kết nối (3/4 inch cho áp suất, 1 inch cho nhiệt độ), tiêu chuẩn tính toán mặt bích tấm Orifice theo tiêu chuẩn Hiệp hội Khí đốt Hoa Kỳ (AGA).
    • Các loại bản vẽ thiết bị đo lường: Bản vẽ chi tiết lắp đặt thiết bị (Installation Detail Drawings), Bản vẽ vị trí lắp đặt mặt bằng tổng thể (Location Drawings), Bản vẽ vòng điều khiển phản hồi (Control Loops) với ví dụ điển hình gồm tấm Orifice (FE2), bộ chuyển đổi áp suất truyền tín hiệu khí nén 2-20 psig (FT2), bộ điều khiển lưu lượng (FIC2) và van điều khiển (FV2).
    • Biểu tượng thiết bị đo và đường liên kết: Biểu tượng thiết bị đo đơn lẻ (Discrete Instrument), bộ điều khiển chia sẻ (Shared Control), bộ hiển thị chia sẻ (Shared Display), chức năng máy tính (Computer Function), bộ điều khiển PLC; nhận dạng các loại đường liên kết như đường ống quá trình, đường truyền tín hiệu điện, đường tín hiệu khí nén.
    • Số thẻ thiết bị (Tag Number) và nhận dạng chữ cái: Cấu trúc mã hóa thiết bị gồm mã định danh khu vực (Area Designation), chữ cái đầu tiên chỉ đại lượng đo (Bảng 1-1), các chữ cái tiếp theo chỉ chức năng hiển thị/bị động/điều khiển, và số thứ tự vòng điều khiển (Loop Number, ví dụ vòng điều khiển 401).

  • Chương 2: Thành phần của bản vẽ tiêu chuẩn (24 giờ: 22 giờ lý thuyết, 02 giờ kiểm tra)

    • Thành phần cơ bản của bản vẽ thiết bị tự động hóa theo chuẩn ISA: Hệ thống bảng ký hiệu phần tử sơ cấp thiết bị đo (Bảng 2-1), phần tử thứ cấp (Bảng 2-2), thiết bị phụ trợ và mở rộng (Bảng 2-3), phần tử điều khiển cuối (Bảng 2-4), bộ truyền động của phần tử điều khiển cuối (Bảng 2-5).
    • Hệ thống chữ số và nhận dạng bản vẽ: Quy ước mã số bản vẽ trong ô tiêu đề bao gồm 02 chữ số nhận biết tòa nhà/khu vực (01-99), chữ cái ký hiệu bộ phận/phòng ban thiết kế (Bảng 2-6, ví dụ chữ "I" cho Phòng Tự động hóa), số phân loại bản vẽ từ 1 đến 9 (Bảng 2-7, ví dụ số 2 cho Instrumentation P&IDs), và 02 chữ số thứ tự bản vẽ (01-99).
    • Bảng dữ liệu thiết bị (Data Sheet) và Chú thích P&ID: Cấu trúc biểu mẫu thông số vật lý và vận hành phục vụ công tác thanh toán, lắp đặt, bảo dưỡng; cách tra cứu các ghi chú chung và ghi chú liên động (interlock) trên bản vẽ P&ID.
    • Ký hiệu bản vẽ điện theo chuẩn ANSI: Bảng ký hiệu chữ viết tắt cho đồng hồ đo (Bảng 2-8), màu sắc đèn báo (Bảng 2-9), rơ le (Bảng 2-10), công tắc và tiếp điểm điện (Bảng 2-11, Hình 2-5, Hình 2-6, Hình 2-7); biểu tượng sơ đồ đi dây tiêu chuẩn (Hình 2-9) và biểu tượng điện logic (Hình 2-11).
    • Các sơ đồ kết nối điện và đo lường: Sơ đồ đơn tuyến, sơ đồ 3 dây động cơ ba pha, sơ đồ khối mạch động cơ, sơ đồ nối dây điểm - điểm (point-to-point), sơ đồ kết nối đường cơ sở (baseline), sơ đồ không dây, bản vẽ mạch liên kết (Loop sheets), danh sách kiểm tra hiện trường, sơ đồ hình thang (Ladder diagram), bản vẽ vị trí, bản vẽ chi tiết lắp đặt, bảng kê vật liệu (Bill of Materials) và sơ đồ dòng công nghệ (PFD).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống kiến thức kỹ thuật dựa trên các nền tảng:

  • Hệ thống tiêu chuẩn công nghiệp quốc tế: Chuẩn hóa quy cách biểu diễn theo tiêu chuẩn của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) và Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI).
  • Nguyên lý cấu trúc định danh thiết bị (Tagging System): Cú pháp ghép nối ký tự chữ và số để biểu diễn vị trí, chức năng đo lường và cấu trúc vòng lặp điều khiển tự động.
  • Mô hình phối hợp tài liệu dự án: Thiết lập quy trình liên kết thông tin giữa các tài liệu kỹ thuật khác nhau từ danh mục thiết bị (Index), sơ đồ công nghệ (P&ID), bản vẽ vòng lặp (Loop sheet) đến bản vẽ cơ khí/lắp đặt chi tiết.

Kỹ năng phát triển

Thông qua nội dung giảng dạy, giáo trình rèn luyện các nhóm kỹ năng chuyên môn:

  • Kỹ năng đọc - hiểu kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện chính xác các biểu tượng thiết bị cảm biến, bộ chuyển đổi, bộ điều khiển, van điều khiển, rơ le, công tắc và các dạng đường truyền tín hiệu trên bản vẽ P&ID và sơ đồ điện.
  • Kỹ năng phân tích và tra cứu (Analytical skills): Phân tích sự tương tác giữa các phần tử trong một vòng điều khiển kín (Closed loop); tra cứu chéo thông số kỹ thuật giữa Bảng dữ liệu (Data Sheet), Bảng danh mục (Instrument Index) và bản vẽ lắp đặt.
  • Kỹ năng ứng dụng thực hành (Practical competencies): Xác định đúng vị trí lắp đặt thiết bị trên mặt bằng thực địa từ bản vẽ vị trí (Location Drawing) và lập kế hoạch vật tư dựa trên bảng kê chi tiết lắp đặt (Installation Details).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể định hướng sư phạm và phương pháp đánh giá kết quả học tập theo các yêu cầu:

                            QUY TRÌNH TỔ CHỨC VÀ ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC
                                     (Tổng số: 45 giờ)

  • Phương pháp giảng dạy của giảng viên:

    • Áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực bao gồm diễn giảng lý thuyết kết hợp vấn đáp và dạy học giải quyết vấn đề (problem-based learning).
    • Sử dụng trực quan hóa các bản vẽ kỹ thuật thực tế (bản vẽ P&ID, bản vẽ điện, bản vẽ lắp đặt) thông qua hệ thống máy chiếu và tài liệu phát tay.
    • Tổ chức và hướng dẫn các phiên thảo luận nhóm, giải đáp các tình huống đọc sai bản vẽ hoặc xử lý xung đột vị trí thiết bị trong thực tế.

  • Phương pháp học tập và tự học của sinh viên:

    • Nghiên cứu trước nội dung tài liệu và giáo trình theo từng chương trước khi đến lớp.
    • Hình thức tự học và làm việc nhóm: Chia nhóm học tập từ 6 đến 8 thành viên. Mỗi nhóm nhận chủ đề thảo luận trước giờ học; từng cá nhân trong nhóm chịu trách nhiệm hoàn thành các nội dung chuyên biệt được phân công để tổng hợp báo cáo.
    • Quy định chuyên cần: Người học phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng các buổi học lý thuyết. Trường hợp vắng quá 30% tổng số tiết lý thuyết sẽ không đủ điều kiện dự thi và phải học lại môn học.

  • Phương thức kiểm tra và đánh giá:

    • Kiểm tra thường xuyên: Thực hiện 01 bài kiểm tra dưới dạng hỏi đáp trực tiếp (vấn đáp) hoặc bài kiểm tra viết có thời lượng $\le$ 30 phút do giảng viên chỉ định tại thời điểm bất kỳ.
    • Kiểm tra định kỳ: Bao gồm 03 bài kiểm tra viết (thời gian 45 phút/bài):
      • Bài 1 (thuộc Chương 1): Đánh giá kiến thức phân loại bản vẽ (Chuẩn đầu ra A1).
      • Bài 2 (thuộc Chương 1 và đầu Chương 2): Đánh giá việc thuyết minh biểu tượng và ký hiệu (Chuẩn đầu ra A2).
      • Bài 3 (thuộc Chương 2): Đánh giá việc giải mã thành phần tiêu chuẩn, bản vẽ điện và đo lường (Chuẩn đầu ra A3, A4).
    • Thi kết thúc môn học: Hình thức trắc nghiệm khách quan trên giấy hoặc máy tính, thời gian làm bài từ 60 đến 75 phút, tổng hợp đánh giá toàn diện các chuẩn đầu ra A1, A2, A3, A4 và năng lực tự chủ C1.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các đặc điểm kỹ thuật và cập nhật học thuật bao gồm:

  • Khung tài liệu tham chiếu chuẩn hóa: Nội dung giáo trình được đối chiếu và biên soạn dựa trên chương trình đào tạo nghề tiêu chuẩn của Hoa Kỳ: Instrumentation Level 1, Level 2, Level 3 (Third Edition, NCCER - National Center for Construction Education and Research, 2015).
  • Tích hợp thực tế sản xuất ngành Dầu khí: Các quy định kỹ thuật, biểu mẫu danh mục thiết bị, bản vẽ chi tiết lắp đặt và bảng dữ liệu thiết bị được tham chiếu trực tiếp từ các dự án nhà máy chế biến dầu khí và công trình công nghiệp thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.
  • Tính hệ thống của hệ tiêu chuẩn ISA và ANSI: Cung cấp đầy đủ hệ thống bảng mã hóa tiêu chuẩn của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (từ Bảng 2-1 đến Bảng 2-5) và Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (Bảng 2-12), giúp loại bỏ sự nhầm lẫn giữa các ký hiệu điện - đo lường trong môi trường công nghiệp đa quốc gia.
  • Phương pháp tham khảo chéo (Cross-referencing): Giáo trình nhấn mạnh phương pháp phân tích đối chiếu chéo giữa nhiều loại bản vẽ trong cùng một công trình (P&ID, Layout, Loop Sheets, Hook-up Drawings) nhằm phát hiện sớm các sai lệch thiết kế hoặc xung đột không gian lắp đặt thực tế.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình Bản vẽ thiết bị đo lường được phân định phục vụ cho các nhóm đối tượng cụ thể:

  • Học sinh, sinh viên:
    • Người học thuộc hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề ngành Sửa chữa thiết bị tự động hóa.
    • Yêu cầu điều kiện tiên quyết: Người học cần hoàn thành các môn học nền tảng kỹ thuật trước khi học môn này, bao gồm: Điện kỹ thuật (KTĐ19MĐ05), Điện tử cơ bản (TĐH19MĐ02), Khí cụ điện (KTĐ19MĐ13), Đo lường điện (KTĐ19MĐ08), Kỹ thuật số (TĐH19MĐ04) và Thiết bị đo lường (TĐH19MH05).
  • Giảng viên và cán bộ đào tạo:
    • Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính khóa, thiết kế đề cương bài giảng lý thuyết và bài tập tình huống kỹ thuật.
    • Sử dụng làm cơ sở biên soạn ngân hàng đề thi trắc nghiệm kết thúc môn học và tiêu chí đánh giá kiểm tra định kỳ.
  • Kỹ thuật viên và người tự học:
    • Tài liệu tra cứu tiêu chuẩn ký hiệu cho kỹ thuật viên bảo dưỡng, sửa chữa và lắp đặt thiết bị đo lường tại các nhà máy công nghiệp.
    • Cẩm nang tra cứu mã hiệu thẻ thiết bị (Tag Number), quy chuẩn sơ đồ P&ID và bản vẽ mạch lặp cho kỹ sư mới tiếp cận các hệ thống DCS, PLC tại hiện trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ chính cho học sinh, sinh viên theo học chuyên ngành Sửa chữa thiết bị tự động hóa ở trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề. Ngoài ra, tài liệu phù hợp làm nguồn tham khảo cho giảng viên chuyên ngành và kỹ thuật viên bảo trì hệ thống đo lường điều khiển tại các nhà máy công nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở kỹ thuật theo chương trình đào tạo bao gồm: Điện kỹ thuật (KTĐ19MĐ05), Điện tử cơ bản (TĐH19MĐ02), Khí cụ điện (KTĐ19MĐ13), Đo lường điện (KTĐ19MĐ08), Kỹ thuật số (TĐH19MĐ04) và Thiết bị đo lường (TĐH19MH05).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các giáo trình vẽ kỹ thuật đại cương là gì?

Giáo trình không đi vào kỹ thuật dựng hình cơ khí thông thường mà tập trung chuyên biệt vào việc giải mã ngôn ngữ ký hiệu kỹ thuật, tiêu chuẩn hóa hệ thống tài liệu đo lường tự động hóa theo chuẩn ISA và ANSI. Nội dung hướng dẫn chi tiết cách đọc các tài liệu chuyên ngành như Bảng danh mục thiết bị (Instrument Index), Bản vẽ mạch liên kết (Loop sheets), sơ đồ P&ID và bản vẽ chi tiết lắp đặt hiện trường.

4. Làm sao để tự học và nắm bắt nội dung giáo trình hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu trước tài liệu theo từng chương, kết hợp phương pháp làm việc nhóm từ 6 đến 8 người để giải quyết các bài tập tình huống tra cứu bản vẽ. Cần thực hành kỹ năng tra cứu chéo giữa Bảng danh mục thiết bị (Hình 1-1), sơ đồ P&ID và các bảng ký hiệu tiêu chuẩn (Bảng 2-1 đến 2-5).

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình không?

Kèm theo giáo trình là hệ thống giáo án, tập bản vẽ thực tế (sơ đồ P&ID, bản vẽ mạch điện công nghiệp) và nguồn tài liệu tham khảo tiêu chuẩn Instrumentation Levels 1-3 (NCCER, 2015) được cung cấp qua hệ thống thư viện nhà trường.

Kết luận

Giáo trình Bản vẽ thiết bị đo lường là tài liệu học thuật cơ sở chuyên môn của Trường Cao đẳng Dầu khí, chuẩn hóa hệ thống kiến thức về ngôn ngữ ký hiệu, sơ đồ logic và tài liệu kỹ thuật trong ngành đo lường tự động hóa công nghiệp.

Về lộ trình học tập, sau khi hoàn thành học phần này, người học được trang bị đầy đủ năng lực đọc hiểu bản vẽ để tiếp tục thực hiện các học phần thực hành chuyên sâu như Hiệu chuẩn thiết bị đo lường (TĐH19MĐ07), Lắp đặt hệ thống TĐH (TĐH19MĐ08, TĐH19MĐ09), PLC (TĐH19MĐ15) và Hệ thống điều khiển phân tán DCS (TĐH19MĐ17). Nguồn tài liệu tham khảo chính phục vụ mở rộng kiến thức là bộ tài liệu chuyên ngành Instrumentation của NCCER (2015) và các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế ISA, ANSI.